KR20230074235A

KR20230074235A - Platen surface modification and high-performance pad conditioning to improve CMP performance

Info

Publication number: KR20230074235A
Application number: KR1020237013852A
Authority: KR
Inventors: 크리스토퍼 형-균 이; 아난드 니라칸탄 아이에르; 하이옌 캐런 트란; 건봉 정
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2023-05-26
Also published as: TW202228916A; US11794305B2; CN216967410U; WO2022066362A1; CN114274042A; US20220097206A1; JP2023544002A

Abstract

본원의 실시예들은 일반적으로, 기판의 주변 에지로부터의 방사상 내측 영역들과 비교할 때 기판의 주변 에지에서의 또는 주변 에지 근처에서의 불균일한 물질 제거 속도를 감소시키기 위한 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 연마 시스템은 연마 프로세스 동안 처리될 기판을 둘러싸는 데 사용되는 환형 리테이닝 링을 포함하는 기판 캐리어, 및 연마 플래튼을 포함한다. 연마 플래튼은 패드 장착 표면을 갖는 원통형 금속 몸체를 포함한다. 패드 장착 표면은 원형 또는 환형 형상을 갖는 제1 구역, 제1 구역을 에워싸는 제2 구역, 및 제2 구역을 에워싸는 제3 구역을 포함하는 복수의 연마 구역들을 포함한다. 제2 구역의 표면은 그에 인접한 제1 및 제3 구역들의 표면들로부터 함몰되고, 제2 구역의 폭은 환형 리테이닝 링의 외측 직경보다 작다.Embodiments herein are generally chemical mechanical polishing (CMP) systems for reducing non-uniform material removal rates at or near a peripheral edge of a substrate as compared to radially inner regions from the peripheral edge of the substrate. and methods. In one embodiment, a polishing system includes a polishing platen and a substrate carrier including an annular retaining ring used to enclose a substrate to be processed during a polishing process. The polishing platen includes a cylindrical metal body having a pad mounting surface. The pad mounting surface includes a plurality of abrasive zones including a first zone having a circular or annular shape, a second zone surrounding the first zone, and a third zone surrounding the second zone. A surface of the second zone is recessed from surfaces of the first and third zones adjacent thereto, and a width of the second zone is smaller than an outer diameter of the annular retaining ring.

Description

Platen surface modification and high-performance pad conditioning to improve CMP performance

본원에 설명된 실시예들은 일반적으로, 반도체 디바이스 제조에 관한 것으로, 더 구체적으로, 반도체 디바이스 제조에 사용되는 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템들 및 그에 관련된 기판 처리 방법들에 관한 것이다.Embodiments described herein relate generally to semiconductor device fabrication, and more specifically to chemical mechanical polishing (CMP) systems and related substrate processing methods used in semiconductor device fabrication.

화학적 기계적 연마(CMP)는, 기판 상에 증착된 물질의 층을 평탄화하거나 연마하기 위해 고밀도 집적 회로들의 제조에 통상적으로 사용된다. 반도체 디바이스 제조에서의 CMP 프로세스의 하나의 일반적인 응용은, 아래놓인 2차원 또는 3차원 피쳐들이 평탄화될 물질 표면의 표면에 함몰부들 및 돌출부들을 생성하는, 벌크 막의 평탄화, 예를 들어, 금속전 유전체(PMD) 또는 층간 유전체(ILD) 연마이다. 다른 일반적인 응용들은 얕은 트렌치 격리(STI) 및 층간 금속 인터커넥트 형성을 포함하며, 여기서, CMP 프로세스는, 물질의 층에 배치된 STI 또는 금속 인터커넥트 피쳐들을 갖는 물질의 층의 노출된 표면(필드)으로부터 비아, 콘택 또는 트렌치 충전 물질(오버버든)을 제거하는 데 사용된다.Chemical mechanical polishing (CMP) is commonly used in the manufacture of high-density integrated circuits to planarize or polish a layer of material deposited on a substrate. One common application of the CMP process in semiconductor device fabrication is the planarization of a bulk film, e.g., an all-metal dielectric ( PMD) or interlayer dielectric (ILD) polishing. Other common applications include shallow trench isolation (STI) and inter-layer metal interconnect formation, where the CMP process creates vias from an exposed surface (field) of a layer of material having STI or metal interconnect features disposed in the layer of material. , used to remove contact or trench fill material (overburden).

전형적인 CMP 프로세스에서, 연마 패드는 회전가능한 연마 플래튼에 장착된다. 기판의 물질 표면은 연마 유체의 존재 하에서 연마 패드에 대해 압박된다. 전형적으로, 연마 유체는 하나 이상의 화학적으로 활성인 성분의 수용액, 및 수용액에 현탁된 연마 입자들, 예를 들어, CMP 슬러리이다. 기판의 물질 표면은 기판 캐리어를 사용하여 연마 패드에 대해 압박된다. 전형적인 기판 캐리어는 기판의 후면측 표면에 대하여 배치된 배킹 플레이트, 블래더, 또는 멤브레인 및 기판을 에워싸는 환형 리테이닝 링을 포함한다. 멤브레인, 블래더, 또는 배킹 플레이트는 기판 캐리어가 캐리어 축을 중심으로 회전하는 동안 기판에 대하여 하향력을 인가하는 데 사용된다. 리테이닝 링은 기판이 연마 패드에 대해 압박될 때 기판을 둘러싸고, 기판이 기판 캐리어로부터 미끄러지는 것을 방지하는 데 사용된다. 물질은, 연마 패드와 접촉하는 기판의 표면에 걸쳐, 연마 유체에 의해 제공되는 화학적 및 기계적 활동, 기판과 연마 패드의 상대 운동, 및 연마 패드에 대하여 기판에 가해지는 하향력의 조합을 통해 제거된다.In a typical CMP process, a polishing pad is mounted on a rotatable polishing platen. The material surface of the substrate is pressed against the polishing pad in the presence of the polishing fluid. Typically, the abrasive fluid is an aqueous solution of one or more chemically active ingredients, and abrasive particles suspended in the aqueous solution, such as a CMP slurry. The material surface of the substrate is pressed against the polishing pad using the substrate carrier. A typical substrate carrier includes a backing plate, bladder, or membrane disposed against the backside surface of the substrate and an annular retaining ring enclosing the substrate. A membrane, bladder, or backing plate is used to apply a downward force against the substrate while the substrate carrier rotates about a carrier axis. The retaining ring surrounds the substrate when it is pressed against the polishing pad and is used to prevent the substrate from slipping off the substrate carrier. Material is removed through a combination of chemical and mechanical action provided by the polishing fluid, relative motion of the substrate and the polishing pad, and a downward force applied to the substrate relative to the polishing pad, across the surface of the substrate in contact with the polishing pad. .

일반적으로, CMP 프로세스 성능은 기판의 표면으로부터의 물질 제거 속도, 및 기판의 표면에 걸친 물질 제거 속도의 균일성(제거 속도 균일성)과 관련하여 특징지어진다. 유전체 벌크 막 평탄화 프로세스에서, 기판의 표면에 걸친 불균일한 물질 제거 속도는 CMP 후에 남아있는 유전체 물질의 바람직하지 않은 두께 변동 및/또는 불량한 평탄도로 이어질 수 있다. 금속 인터커넥트 CMP 응용에서, 불량한 국부적 평탄화 및/또는 불균일한 물질 제거 속도로부터 초래되는 금속 손실은 금속 피쳐들의 유효 저항에 바람직하지 않은 변동을 야기할 수 있고, 따라서 디바이스 성능 및 신뢰성에 영향을 미친다. 따라서, 기판의 표면에 걸친 불균일한 물질 제거 속도는 디바이스 성능에 악영향을 미칠 수 있고/거나 디바이스 고장을 야기할 수 있고, 디바이스 고장은 기판 상에 형성된 사용가능한 디바이스들의 억제된 수율을 초래한다.In general, CMP process performance is characterized in terms of the rate of material removal from the surface of the substrate and the uniformity of the rate of material removal across the surface of the substrate (removal rate uniformity). In dielectric bulk film planarization processes, non-uniform material removal rates across the surface of the substrate can lead to undesirable thickness variations and/or poor flatness of the dielectric material remaining after CMP. In metal interconnect CMP applications, metal losses resulting from poor local planarization and/or non-uniform material removal rates can cause undesirable variations in the effective resistance of metal features, thus affecting device performance and reliability. Accordingly, non-uniform material removal rates across the surface of a substrate can adversely affect device performance and/or can cause device failure, which results in an inhibited yield of usable devices formed on the substrate.

종종, 불균일한 물질 제거 속도는, 주변 에지로부터 방사상 내측에 배치된 위치들에 대해 계산된 물질 제거 속도들의 평균과 비교할 때, 기판의 주변 에지에 근접한 표면 영역들, 예를 들어, 300 mm 직경의 기판의 주변 에지의 6 mm 이내의 표면 영역들에서 더 두드러진다. 기판 에지에서의 불균일한 물질 제거 속도들은, 적어도 부분적으로, 연마 패드의 "반동" 효과와, 연마 계면의 선단 에지와 후단 에지 사이의 기판에 걸친 불균일한 유체 분배의 조합에 의해 야기되는 것으로 여겨진다. 연마 패드 반동 효과는 적어도 부분적으로는, 연마 패드와 기판 에지의 계면에서 더 높은 접촉 압력을 야기하는, 기판의 물질 표면을 연마 패드에 대하여 압박하는 데 사용되는 하향력보다 리테이닝 링을 연마 패드에 대하여 가하는 데 사용되는 더 높은 하향력에 의해 야기되는 것으로 여겨진다. 또한, 불균일한 유체 분배는 적어도 부분적으로는, 리테이닝 링과 연마 패드 사이의 상호작용에 의해 야기되어, 연마 계면의 선단 에지와 후단 에지 사이에 불균일한 유체 두께를 생성하는 것으로 여겨진다. 위에서 설명된 문제들에 대한 이전의 그리고 진행중인 해결책들은 훨씬 더 복잡한 기판 캐리어 및 리테이닝 링 설계들에 초점을 맞추었다. 불행하게도, 그러한 기판 캐리어들 및/또는 리테이닝 링 설계들은 바람직하지 않게 고가이고 복잡할 수 있다.Often, a non-uniform material removal rate is found in surface areas proximate the peripheral edge of the substrate, for example, 300 mm in diameter, when compared to the average of the material removal rates calculated for locations disposed radially inward from the peripheral edge. It is more prominent in surface areas within 6 mm of the peripheral edge of the substrate. Non-uniform material removal rates at the substrate edge are believed to be caused, at least in part, by a combination of the "rebound" effect of the polishing pad and non-uniform fluid distribution across the substrate between the leading and trailing edges of the polishing interface. The polishing pad kickback effect causes, at least in part, the downward force used to press the material surface of the substrate against the polishing pad, which results in a higher contact pressure at the interface of the polishing pad and the substrate edge than the downward force used to press the retaining ring against the polishing pad. It is believed to be caused by the higher downward force used to apply against the It is also believed that the non-uniform fluid distribution is caused, at least in part, by the interaction between the retaining ring and the polishing pad, creating a non-uniform fluid thickness between the leading and trailing edges of the polishing interface. Previous and ongoing solutions to the problems described above have focused on much more complex substrate carrier and retaining ring designs. Unfortunately, such substrate carriers and/or retaining ring designs can be undesirably expensive and complex.

이에 따라, 위에서 설명된 문제들에 대한 해결책들이 관련 기술분야에 필요하다.Accordingly, there is a need in the art for solutions to the problems described above.

본원의 실시예들은 일반적으로, 기판의 주변 에지로부터의 방사상 내측 영역들과 비교할 때 기판의 주변 에지에서의 또는 주변 에지 근처에서의 불균일한 물질 제거 속도를 감소시키기 위한 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.Embodiments herein are generally chemical mechanical polishing (CMP) systems for reducing non-uniform material removal rates at or near a peripheral edge of a substrate as compared to radially inner regions from the peripheral edge of the substrate. and methods.

일 실시예에서, 연마 시스템은 연마 프로세스 동안 처리될 기판을 둘러싸는 데 사용되는 환형 리테이닝 링을 포함하는 기판 캐리어, 및 연마 플래튼을 포함한다. 연마 플래튼은 패드 장착 표면을 갖는 원통형 금속 몸체를 포함한다. 패드 장착 표면은 원형 또는 환형 형상을 갖는 제1 구역, 제1 구역을 에워싸는 제2 구역, 및 제2 구역을 에워싸는 제3 구역을 포함하는 복수의 연마 구역들을 포함한다. 여기서, 제1 및 제3 구역들의 패드 장착 표면들의 적어도 부분들은 평면을 한정하고, 평면은 연마 플래튼의 회전 축에 직교하고, 제2 구역의 패드 장착 표면은 평면으로부터 함몰되고, 제2 구역의 폭은 환형 리테이닝 링의 외측 직경보다 작다.In one embodiment, a polishing system includes a polishing platen and a substrate carrier including an annular retaining ring used to enclose a substrate to be processed during a polishing process. The polishing platen includes a cylindrical metal body having a pad mounting surface. The pad mounting surface includes a plurality of abrasive zones including a first zone having a circular or annular shape, a second zone surrounding the first zone, and a third zone surrounding the second zone. wherein at least portions of the pad mounting surfaces of the first and third zones define a plane, the plane perpendicular to the axis of rotation of the polishing platen, the pad mounting surface of the second zone being recessed from the plane, and The width is smaller than the outer diameter of the annular retaining ring.

다른 실시예에서, 기판을 연마하는 방법은 기판을 연마 패드의 표면에 대하여 압박하는 단계를 포함하고, 여기서 연마 패드는 연마 플래튼의 패드 장착 표면 상에 배치된다. 패드 장착 표면은 원형 또는 환형 형상을 갖는 제1 구역, 제1 구역을 에워싸는 제2 구역, 및 제2 구역을 에워싸는 제3 구역을 포함하는 복수의 연마 구역들을 포함한다. 여기서, 제1 및 제3 구역들의 패드 장착 표면들의 적어도 부분들은 평면을 한정하고, 평면은 연마 플래튼의 회전 축에 직교하고, 제2 구역의 패드 장착 표면은 평면으로부터 함몰된다.In another embodiment, a method of polishing a substrate includes pressing the substrate against a surface of a polishing pad, wherein the polishing pad is disposed on a pad mounting surface of a polishing platen. The pad mounting surface includes a plurality of abrasive zones including a first zone having a circular or annular shape, a second zone surrounding the first zone, and a third zone surrounding the second zone. Here, at least portions of the pad mounting surfaces of the first and third zones define a plane, the plane orthogonal to the axis of rotation of the polishing platen, and the pad mounting surface of the second zone is recessed from the plane.

다른 실시예에서, 연마 플래튼은 패드 장착 표면을 갖는 원통형 금속 몸체를 포함한다. 패드 장착 표면은 원형 또는 환형 형상을 갖는 제1 구역, 제1 구역을 에워싸는 제2 구역, 및 제2 구역을 에워싸는 제3 구역을 포함하는 복수의 연마 구역들을 포함한다. 여기서, 제1 및 제3 구역들의 패드 장착 표면들의 적어도 부분들은 평면을 한정하고, 평면은 연마 플래튼의 회전 축에 직교하고, 제2 구역의 패드 장착 표면은 평면으로부터 함몰되고, 제2 구역의 폭은 환형 리테이닝 링의 외측 직경보다 작다.In another embodiment, the polishing platen includes a cylindrical metal body having a pad mounting surface. The pad mounting surface includes a plurality of abrasive zones including a first zone having a circular or annular shape, a second zone surrounding the first zone, and a third zone surrounding the second zone. wherein at least portions of the pad mounting surfaces of the first and third zones define a plane, the plane perpendicular to the axis of rotation of the polishing platen, the pad mounting surface of the second zone being recessed from the plane, and The width is smaller than the outer diameter of the annular retaining ring.

본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 예시하고 그러므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1a는 기판의 반경에 걸친 불균일한 물질 제거 속도를 개략적으로 예시한다.
도 1b는 연마 계면의 부분의 개략적인 근접 단면도이다.
도 2a-2c는 본원에 설명된 실시예들에 따라 형성된 연마 시스템을 개략적으로 예시한다.
도 3은, 도 2a-2c에 설명된 연마 플래튼 대신에 사용될 수 있는, 일 실시예에 따른 연마 플래튼의 개략적인 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 기판을 연마하는 방법을 예시하는 도면이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들이 특정 언급 없이 다른 실시예들에서 유익하게 활용될 수 있다는 점이 고려된다.In order that the above-mentioned features of the present disclosure may be understood in detail, a more specific description of the present disclosure briefly summarized above may be made with reference to embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. However, it is to be understood that the accompanying drawings illustrate only typical embodiments of the present disclosure and are therefore not to be regarded as limiting the scope of the present disclosure, as the present disclosure may admit other equally effective embodiments. It should be noted.
1A schematically illustrates a non-uniform material removal rate across a radius of a substrate.
1B is a schematic close-up cross-sectional view of a portion of an abrasive interface.
2A-2C schematically illustrate a polishing system formed in accordance with embodiments described herein.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a polishing platen according to one embodiment, which may be used in place of the polishing platen described in FIGS. 2A-2C.
4 is a diagram illustrating a method of polishing a substrate, according to one embodiment.
For ease of understanding, where possible, like reference numbers have been used to indicate like elements common to the drawings. It is contemplated that elements disclosed in one embodiment may be beneficially utilized on other embodiments without specific recitation.

본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템들에 관한 것으로, 더 구체적으로, 기판의 주변 에지로부터의 방사상 내측 영역들과 비교할 때 기판의 주변 에지에서의 또는 주변 에지 근처에서의 불균일한 물질 제거 속도를 감소시키기 위한 연마 플래튼들 및 방법들에 관한 것이다. 전형적으로, CMP 프로세스의 유형에 따라, 기판의 주변 에지에 근접한 물질 제거 속도는 에지로부터 방사상 내측에 배치된 위치들에 대한 물질 제거 속도들의 평균보다 작거나 클 수 있다. 기판 에지에서의 결과적인 불균일한 제거 속도는 종종 각각 "저속 에지" 또는 "고속 에지" 물질 제거 속도 프로파일로서 특징지어진다. 저속 에지 및 고속 에지 물질 제거 속도 프로파일들은, 적어도 부분적으로, 기판 에지에서의 조합된 연마 패드 "반동" 효과, 및 연마 패드와 기판의 물질 표면의 연마 계면에서의 불균등한 연마 유체 분배에 의해 야기되는 것으로 여겨진다. 고속 에지 물질 제거 속도 프로파일(50)의 예가 도 1b에 개략적으로 예시되며, 여기서, 기판 에지에 근접한 제1 방사상 위치에서의 비교적 더 고속의 물질 제거 속도와 기판 에지로부터 방사상 내측의 위치들에서의 더 저속의 물질 제거 속도 사이의 차이가 ΔRR로서 도시된다.Embodiments of the present disclosure generally relate to chemical mechanical polishing (CMP) systems, and more specifically, at or near a peripheral edge of a substrate as compared to radially inner regions from the peripheral edge of the substrate. Polishing plates and methods for reducing the non-uniform material removal rate of Typically, depending on the type of CMP process, the material removal rate proximate the peripheral edge of the substrate will be less than or greater than the average of the material removal rates for locations disposed radially inward from the edge. The resulting non-uniform removal rate at the substrate edge is often characterized as a “slow edge” or “fast edge” material removal rate profile, respectively. The slow-edge and fast-edge material removal rate profiles are caused, at least in part, by the combined polishing pad "rebound" effect at the substrate edge and the uneven polishing fluid distribution at the polishing interface of the material surface of the polishing pad and the substrate. It is considered to be An example of a fast edge material removal rate profile 50 is schematically illustrated in FIG. 1B , where a relatively higher material removal rate at a first radial location proximate to the substrate edge and further at locations radially inward from the substrate edge. The difference between the slower material removal rates is plotted as ΔRR.

패드 반동 효과의 예는, 연마 패드(12)와 연마 패드에 대해 압박되는 기판(13) 사이의 연마 계면(10)의 단면도를 도시하는 도 1a에 개략적으로 예시된다. 여기서, 기판(13)은, 가요성 멤브레인(24) 및 환형 리테이닝 링(26)을 포함하는 기판 캐리어(16)를 사용하여 연마 패드(12)에 대하여 압박된다. 가요성 멤브레인(24)은 기판 캐리어(16), 그리고 따라서 기판(13), 및 연마 패드(12)가, 이들 사이에 상대 운동을 제공하기 위해, 이들의 각각의 축을 중심으로 회전 하는 동안 기판(13)에 대해 하향력을 가한다. 리테이닝 링(26)은 기판(13)을 둘러싸고, 연마 동안 기판(13)을 담고 가요성 멤브레인(24) 아래에 위치시키는 데, 즉, 기판(13)이 기판 캐리어(16)로부터 미끄러지는 것을 방지하는 데 사용된다.An example of the pad kickback effect is schematically illustrated in FIG. 1A , which shows a cross-sectional view of a polishing interface 10 between a polishing pad 12 and a substrate 13 pressed against the polishing pad. Here, the substrate 13 is pressed against the polishing pad 12 using a substrate carrier 16 comprising a flexible membrane 24 and an annular retaining ring 26 . Flexible membrane 24 supports substrate carrier 16, and thus substrate 13, and polishing pad 12 while rotating about their respective axes to provide relative motion therebetween. 13), apply downward force. The retaining ring 26 surrounds the substrate 13 and holds the substrate 13 and positions it under the flexible membrane 24 during polishing, i.e. prevents the substrate 13 from sliding off the substrate carrier 16. used to prevent

일반적으로, 원하는 연마 계면(10)에 기판(13)을 담기 위해, 기판(13)에 가해지는 하향력보다 크고 그에 독립적인 하향력이 리테이닝 링(26)에 가해진다. 리테이닝 링(26)과 그에 근접한 기판(13)의 주변 에지 사이의 불균일한 압력 분포는, 연마 패드(12)가 리테이닝 링 아래에서 이동할 때, 연마 패드(12)가 리테이닝 링(26)의 외측 및 내측 에지들에서 변형되거나 반동하게 한다. 이러한 패드 반동 효과(15)는 바람직하지 않게, 기판 에지 및 그로부터 방사상 내측의 지점들에서 기판(13)과 연마 패드(12) 사이에 불균일한 접촉 압력 분포를 초래한다.Generally, a downward force greater than and independent of the downward force applied to the substrate 13 is applied to the retaining ring 26 to hold the substrate 13 in the desired abrasive interface 10 . The non-uniform pressure distribution between the retaining ring 26 and the peripheral edge of the substrate 13 adjacent thereto causes the polishing pad 12 to move under the retaining ring 26 as the polishing pad 12 moves under the retaining ring 26. Deform or rebound at the outer and inner edges of the This pad rebound effect 15 undesirably results in a non-uniform contact pressure distribution between the substrate 13 and the polishing pad 12 at the substrate edge and at points radially inward therefrom.

패드 반동 효과에 더하여, CMP 물질 속도 균일성은 또한, 연마 계면에서의 표면들과 유체들 사이의 복잡한 마찰학적 상호작용 및 그들 사이의 상대 운동에 의해 결정된다. 예를 들어, 이론에 얽매이는 것을 의도하지 않고서, 일반적으로, 연마 계면에서의 연마 유체의 층은 (연마 패드가 기판 아래에서 회전할 때) 기판의 선단 에지에서 비교적 얇을 수 있고, 후단 에지 쪽으로 점진적으로 더 두꺼워지는 것으로 여겨진다. 기판의 선단 에지와 후단 에지 사이의 이러한 불균일한 연마 유체 두께는 기판 에지로부터 방사상 내측에 있는 지점들에 비해 기판 에지에서 상이한, 예를 들어, 불균일한 물질 제거 속도들에 더 기여할 수 있다.In addition to the pad rebound effect, CMP material velocity uniformity is also determined by the complex tribological interactions between the surfaces and the fluids at the abrasive interface and the relative motion between them. For example, without intending to be bound by theory, in general, the layer of polishing fluid at the polishing interface can be relatively thin at the leading edge of the substrate (as the polishing pad rotates beneath the substrate) and progressively increases towards the trailing edge. It is believed to be thicker. Such non-uniform abrasive fluid thickness between the leading and trailing edges of the substrate may further contribute to different, eg, non-uniform, material removal rates at the substrate edge relative to points radially inward from the substrate edge.

따라서, 본원의 실시예들은, 기판의 선단 및 후단 연마 에지들에서의 패드 반동 효과를 실질적으로 감소시키고/거나 제거하고, 그와 연관된 다른 불균일한 물질 제거 속도 프로파일들을 실질적으로 개선하도록 설계된 연마 시스템들 및 연마 방법들을 제공한다. 유익하게, 본원에 설명된 연마 시스템들 및 연마 방법들은, 기판 표면에 걸친 연마 유체 두께 변동에 의해 야기될 수 있는 불균일한 물질 제거 속도 프로파일들을 개선하기 위해, 기판 표면에 걸친 연마 유체 두께 변동을 감소시키는 것으로 추가로 여겨진다.Accordingly, embodiments herein are polishing systems designed to substantially reduce and/or eliminate the effect of pad kickback at leading and trailing polishing edges of a substrate and substantially improve other non-uniform material removal rate profiles associated therewith. and polishing methods. Beneficially, the polishing systems and polishing methods described herein reduce polishing fluid thickness variation across a substrate surface to improve non-uniform material removal rate profiles that may be caused by polishing fluid thickness variation across the substrate surface. It is considered in addition to

도 2a는 본원에 제시된 방법들을 실시하도록 구성된, 일 실시예에 따른 연마 시스템(200)의 개략적인 상면도이다. 도 2b는 연마 시스템(200)의 개략적인 단면도이다. 도 2c는 패드 컨디셔너 조립체(208)의 개략적인 측면도, 및 연마 시스템(200)의 부분의 단면도이다. 도 2a-2c 중 어느 하나에 도시된 연마 시스템(200)의 구성요소들 중 일부는, 시각적 혼란을 감소시키기 위해 다른 나머지 도면들에 도시되지 않는다.2A is a schematic top view of an abrasive system 200 according to one embodiment configured to practice the methods presented herein. 2B is a schematic cross-sectional view of polishing system 200 . 2C is a schematic side view of the pad conditioner assembly 208 and a cross-sectional view of a portion of the polishing system 200 . Some of the components of the polishing system 200 shown in any of FIGS. 2A-2C are not shown in the other figures to reduce visual clutter.

여기서, 연마 시스템(200)은 연마 플래튼(202), 기판 캐리어(204), 유체 전달 암(206), 패드 컨디셔너 조립체(208), 및 시스템 제어기(210)를 포함한다. 연마 플래튼(202)은, 연마 패드 장착 표면(218)을 제공하기 위해, 플래튼 몸체(214)의 표면 상에 배치된 저접착성 물질 층(216) 및 원통형 플래튼 몸체(214)를 특징으로 한다. 플래튼 몸체(214)는 전형적으로, 적합하게 강성이고, 경량이며, 연마 유체 내부식성인 물질, 예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금(예를 들어, 6061 알루미늄), 또는 스테인리스 강으로 형성된다. 저접착성 물질 층(216)은 전형적으로, 하나 이상의 플루오린 함유 중합체 전구체들 또는 용융 처리가능 플루오로중합체들로 형성된 중합체 물질을 포함한다. 저접착성 물질 층(216)은 바람직하게, 일단 연마 패드(212)가 그의 유효 수명의 끝에 도달하면 연마 패드(212)를 연마 패드 장착 표면(218)으로부터 제거하는 데 요구되는 힘의 양을 감소시키며, 플래튼 몸체(214)의 금속을 바람직하지 않은 연마 유체로 인해 야기된 부식으로부터 더 보호한다.Here, the polishing system 200 includes a polishing platen 202 , a substrate carrier 204 , a fluid transfer arm 206 , a pad conditioner assembly 208 , and a system controller 210 . The polishing platen 202 features a cylindrical platen body 214 and a layer of low adhesion material 216 disposed on the surface of the platen body 214 to provide a polishing pad mounting surface 218. to be The platen body 214 is typically formed of a suitably rigid, lightweight, abrasive fluid corrosion resistant material such as aluminum, aluminum alloy (eg 6061 aluminum), or stainless steel. The low adhesion material layer 216 typically includes a polymeric material formed of one or more fluorine-containing polymer precursors or melt processable fluoropolymers. The low tack material layer 216 preferably reduces the amount of force required to remove the polishing pad 212 from the polishing pad mounting surface 218 once the polishing pad 212 has reached the end of its useful life. and further protect the metal of the platen body 214 from corrosion caused by undesirable abrasive fluids.

여기서, 패드 장착 표면(218)은 플래튼 축(A)을 중심으로 형성된 복수의 동심 구역들(220a-c)을 포함한다. 복수의 동심 구역들(220a-c)은 원형(위에서 아래로 볼 때) 또는 환형 제1 구역(220a), 제1 구역(220a)을 에워싸는 환형 제2 구역(220b), 및 제2 구역(220b)으로부터 방사상 외측에 배치되고 제2 구역을 에워싸는 환형 제3 구역(220c)을 포함한다.Here, the pad mounting surface 218 includes a plurality of concentric regions 220a-c formed around the platen axis A. The plurality of concentric zones 220a-c include a circular (viewed from top to bottom) or an annular first zone 220a, an annular second zone 220b surrounding the first zone 220a, and a second zone 220b. ) and an annular third zone 220c surrounding the second zone.

여기서, 제2 구역(220b)에서의 패드 장착 표면(218)은 평면(P)으로부터 거리(Z)만큼 함몰된다. 평면(P)은, 일부 실시예들에서 그리고 도 2b에 도시된 바와 같이 서로 실질적으로 동일 평면 상에 있는 제1 및 제3 구역들(220a,c)에서의 패드 장착 표면(218)에 의해 한정된다. 예를 들어, 제1 및 제3 구역들(220a,c)에서의 패드 장착 표면들(218)이 서로 동일 평면 상에 있지 않은 일부 실시예들에서, 평면(P)은 함몰된 제2 구역(220b)에 걸쳐 있도록 제1 및 제3 구역들(220a,c) 위에 놓이고 그 제1 및 제3 구역들과 접촉하는 평면 표면을 갖는 물체에 의해 한정될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에서, 평면(P)은, 제2 구역(220b)의 폭(W)에 걸쳐 있도록 플래튼 상에 위치되고 그의 양 측 상에 약 25 mm 내지 약 100 mm, 예컨대, 약 25 mm 내지 약 50 mm 또는 약 50 mm 내지 약 100 mm의 거리들만큼 연장되는 기판 캐리어의 리테이닝 링의 표면에 의해 한정된다. 일부 실시예들에서, 평면(P)은 연마 플래튼(202)의 회전 축(A)에 직교한다.Here, the pad mounting surface 218 in the second zone 220b is recessed by a distance Z from the plane P. Plane P is defined by pad mounting surfaces 218 in first and third zones 220a,c that are substantially coplanar with each other, in some embodiments and as shown in FIG. 2B. do. For example, in some embodiments where the pad mounting surfaces 218 in the first and third zones 220a,c are not coplanar with each other, the plane P is a recessed second zone ( 220b) overlying the first and third zones 220a,c and defined by an object having a planar surface in contact with the first and third zones. For example, in FIG. 2B , a plane P is positioned on the platen so as to span the width W of the second zone 220b and is on both sides from about 25 mm to about 100 mm, such as about It is defined by the surface of the retaining ring of the substrate carrier extending by distances of from 25 mm to about 50 mm or from about 50 mm to about 100 mm. In some embodiments, plane P is orthogonal to axis A of rotation of polishing platen 202 .

일부 실시예들에서, 제2 구역(220b)에서의 패드 장착 표면(218)은 평면(P)으로부터 약 20 ㎛ 이상, 약 30 ㎛ 이상, 약 40 ㎛ 이상, 약 50 ㎛ 이상, 또는 약 60 ㎛ 이상의 거리(Z)만큼 함몰된다. 일부 실시예들에서, 거리(Z)는 약 20 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 예컨대, 약 20 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 20 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 20 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 또는 약 20 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 예컨대, 약 20 ㎛ 내지 약 150 ㎛이다. 일부 실시예들에서, 거리(Z)는 약 50 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 예컨대, 약 50 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 50 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 50 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 50 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 또는 약 50 ㎛ 내지 약 150 ㎛이다.In some embodiments, the pad mounting surface 218 in the second zone 220b is at least about 20 μm, about 30 μm, about 40 μm, about 50 μm, or about 60 μm from plane P. It is sunk by the above distance (Z). In some embodiments, the distance Z is between about 20 μm and about 500 μm, such as between about 20 μm and about 400 μm, between about 20 μm and about 300 μm, between about 20 μm and about 250 μm, or between about 20 μm and about 200 μm, such as about 20 μm to about 150 μm. In some embodiments, the distance Z is about 50 μm to about 500 μm, such as about 50 μm to about 400 μm, about 50 μm to about 400 μm, about 50 μm to about 300 μm, about 50 μm to about 250 μm, or from about 50 μm to about 150 μm.

도 2b에서, 제2 구역(220b)에서의 패드 장착 표면(218)은 실질적으로 평면이고, 제1 및 제3 구역들(220a,c)의 표면들에 의해 형성된 평면에 평행하다. 따라서, 거리(Z(1))는 제2 구역(220b)에서의 함몰된 패드 장착 표면(218)의 폭(W)에 걸쳐 실질적으로 일정하다. 다른 실시예들에서, 제2 구역(220b)에서의 함몰된 표면은 제1 및 제3 구역들(220a,c)의 패드 장착 표면들에 의해 형성된 평면에 평행하지 않고/거나 그의 폭(W)에 걸쳐 실질적으로 평면이 아니다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제2 구역(220b)에서의 패드 장착 표면(218)은 단면에서 볼 때 대체로 볼록한 형상을 가질 수 있고, 거리(Z(1))는 폭(W)에 걸쳐 평면(P)으로부터 제2 구역(220b)의 표면까지 측정된 복수의 거리들의 평균이다.In Figure 2b, the pad mounting surface 218 in the second zone 220b is substantially planar and parallel to the plane formed by the surfaces of the first and third zones 220a,c. Accordingly, distance Z(1) is substantially constant across the width W of the recessed pad mounting surface 218 in the second zone 220b. In other embodiments, the recessed surface in the second zone 220b is non-parallel to the plane formed by the pad mounting surfaces of the first and third zones 220a,c and/or its width W is not substantially flat throughout. For example, in some embodiments, pad mounting surface 218 in second zone 220b can have a generally convex shape when viewed in cross section, and distance Z(1) is equal to width W is the average of a plurality of distances measured from the plane P to the surface of the second zone 220b across the range.

일부 실시예들에서, 제2 구역(220b)에서의 함몰된 패드 장착 표면(218)의 폭(W)은 연마될 기판(213)의 직경보다 작은데, 예컨대, 기판의 직경(D)의 약 0.9X(배) 이하, 약 0.8X 이하, 약 0.75X 이하, 약 0.7X 이하, 약 0.65X 이하, 약 0.6X 이하, 약 0.55 이하, 또는 연마될 기판의 직경(D)의 약 0.5X 이하이다. 예를 들어, 300 mm 직경의 기판을 처리하도록 크기가 정해지고 구성된 연마 플래튼(202)의 경우, 제2 구역(220b)에서의 함몰된 패드 장착 표면(218)의 폭(W)은 약 270 mm 이하일 수 있다. 일 실시예에서, 300 mm 직경의 기판을 연마하도록 크기가 정해진 연마 플래튼(202)은 약 350 mm 내지 약 400 mm, 예컨대, 약 380 mm의 반경(R(1))을 갖는다. 일 실시예에서, 제2 구역(220b)의 내측 반경(R(2))은 반경(R(1))의 약 0.15X보다 크고, 제2 구역(220b)의 외측 반경(R(3))은 반경(R(1))의 약 0.85X보다 작고, 제2 구역(220b)의 폭(W)은 반경(R(1))의 적어도 약 0.15X이다. 상이한 크기의 기판들을 처리하도록 구성된 연마 플래튼들에 대해, 예를 들어, 450 mm, 200 mm 또는 150 mm 직경의 기판들을 처리하도록 구성된 연마 플래튼들에 대해 적절한 스케일링이 사용될 수 있다.In some embodiments, the width W of the recessed pad mounting surface 218 in the second zone 220b is less than the diameter of the substrate 213 being polished, such as about 0.9 of the diameter D of the substrate. X (times) or less, about 0.8X or less, about 0.75X or less, about 0.7X or less, about 0.65X or less, about 0.6X or less, about 0.55 or less, or about 0.5X or less of the diameter (D) of the substrate to be polished. . For example, for an abrasive platen 202 sized and configured to process a 300 mm diameter substrate, the width W of the recessed pad mounting surface 218 in the second zone 220b is about 270 mm. mm or less. In one embodiment, a polishing platen 202 sized to polish a 300 mm diameter substrate has a radius R(1) between about 350 mm and about 400 mm, such as about 380 mm. In one embodiment, the inner radius R(2) of second zone 220b is greater than about 0.15X of radius R(1), and the outer radius R(3) of second zone 220b is less than about 0.85X of radius R(1), and the width W of second zone 220b is at least about 0.15X of radius R(1). Appropriate scaling may be used for polishing platens configured to process substrates of different sizes, for example, for polishing platens configured to process 450 mm, 200 mm or 150 mm diameter substrates.

일부 실시예들에서, 제3 구역(220c)에서의 패드 장착 표면(218)은 제2 구역(220b)에서의 패드 장착 표면(218)과 동일 평면 상에 있지 않다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제3 구역(220)에서의 패드 장착 표면(218)은 제1 구역(220a)에서의 패드 장착 표면(218)에 의해 형성된 평면의 (중력 방향으로) 위 또는 아래에 있다. 일부 실시예들에서, 제3 구역(220c)에서의 패드 장착 표면(218)은, 예컨대, 도 3에 도시되고 설명된 바와 같이 경사진다.In some embodiments, the pad mounting surface 218 in the third zone 220c is not coplanar with the pad mounting surface 218 in the second zone 220b. For example, in some embodiments, the pad mounting surface 218 in the third zone 220 is above (in the direction of gravity) a plane formed by the pad mounting surface 218 in the first zone 220a. or below In some embodiments, the pad mounting surface 218 in the third zone 220c is sloped, eg, as shown and described in FIG. 3 .

일부 실시예들에서, 환형 제2 구역(220b)은, 연마 동안, 기판(213)의 적어도 일부가 제2 구역(220b)의 함몰된 패드 장착 표면(218) 위에 배치되어 그에 걸쳐 있고, 기판(213)의 적어도 부분들이, 그에 인접한 제1 및 제3 구역들(220a,c)의 패드 장착 표면들(218) 위에 배치되도록 위치되고 크기가 정해진다. 따라서, 기판 처리 동안, 회전 기판 캐리어(204) 및 그에 배치된 연마될 기판(213)의 원위 영역들은 제1 구역(220) 및 제3 구역(220c)에서 패드 장착 표면들(218) 위에 동시에 배치된다. 그와 동시에, 제2 구역(220b)의 함몰된 패드 장착 표면(218)은, 회전 기판 캐리어(204) 및 그에 배치된 연마될 기판(213)의 선단 및 후단 에지들(222a,b)(도 2a) 아래를 지나가기 위해, 플래튼 축(A)을 중심으로 회전된다.In some embodiments, the annular second zone 220b is such that, during polishing, at least a portion of the substrate 213 is disposed over and spans the recessed pad mounting surface 218 of the second zone 220b, and the substrate ( 213) is positioned and sized to be disposed over the pad mounting surfaces 218 of the first and third zones 220a,c adjacent thereto. Thus, during substrate processing, the distal regions of the rotating substrate carrier 204 and the substrate to be polished 213 disposed thereon are simultaneously disposed over the pad mounting surfaces 218 in the first zone 220 and the third zone 220c. do. At the same time, the recessed pad mounting surface 218 of the second zone 220b is formed on the leading and trailing edges 222a,b (Fig. 2a) Rotated around the platen axis (A) to pass under it.

전형적으로, 연마 패드(212)는 중합체 물질들의 하나 이상의 층으로 형성되고, 감압성 접착제를 사용하여 패드 장착 표면들(218a-c)에 고정된다. 연마 패드(212)를 형성하는 데 사용되는 중합체 물질들은 비교적 연성일 수 있거나, 강성일 수 있고, 연마 패드(212)가, 제2 구역(220b)에서의 함몰된 패드 장착 표면(218) 및 그에 인접한 제1 및 제3 구역들(220a,c)의 패드 장착 표면들(218)에 일치하는 것을 허용하기 위해 연마 표면에 채널들 또는 홈들을 갖고 형성될 수 있다. 따라서, 영역들(220a-c) 각각에서의 연마 패드(212)의 연마 표면은 플래튼(202)의 패드 장착 표면(218)에 대해 위에서 설명된 바와 실질적으로 동일한 형상들 및 상대 치수들을 갖는다.Typically, the polishing pad 212 is formed from one or more layers of polymeric materials and is secured to the pad mounting surfaces 218a-c using a pressure sensitive adhesive. The polymeric materials used to form the polishing pad 212 can be relatively soft or can be rigid, and the polishing pad 212 is coupled to the recessed pad mounting surface 218 in the second zone 220b and adjacent thereto. It may be formed with channels or grooves in the abrasive surface to allow conforming to the pad mounting surfaces 218 of the first and third zones 220a,c. Accordingly, the polishing surface of polishing pad 212 in each of regions 220a-c has substantially the same shapes and relative dimensions as described above for pad mounting surface 218 of platen 202 .

여기서, 회전 기판 캐리어(204)는 연마 패드(212)가 플래튼 축(A)을 중심으로 회전될 때 기판(213)의 물질 표면을 연마 패드(212)에 대하여 압박하기 위해 기판(213)에 대하여 하향력을 가하는 데 사용된다. 도시된 바와 같이, 기판 캐리어(204)는 가요성 멤브레인(224) 및 환형 리테이닝 링(226)을 특징으로 한다. 기판 연마 동안, 가요성 멤브레인(224)은 그 아래에 배치된 기판(213)의 비활성(후면측) 표면에 대하여 하향력을 가한다. 리테이닝 링(226)은 연마 패드(212)가 기판 캐리어 아래에서 이동할 때 기판(213)이 기판 캐리어(204)로부터 미끄러지는 것을 방지하기 위해 기판(213)을 둘러싼다. 전형적으로, 기판 캐리어(204)는 기판(213)에 대하여 가해지는 하향력과는 독립적인 하향력을 리테이닝 링(226)에 대하여 가하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 기판 캐리어(204)는, 부분적으로, 연마 플래튼 아래에 배치된 연마 패드(212)의 불균일한 마모를 감소시키기 위해, 연마 플래튼의 반경 방향으로 진동한다.Here, the rotating substrate carrier 204 attaches to the substrate 213 to press the material surface of the substrate 213 against the polishing pad 212 when the polishing pad 212 is rotated about the platen axis A. It is used to apply downward force against As shown, the substrate carrier 204 features a flexible membrane 224 and an annular retaining ring 226 . During substrate polishing, the flexible membrane 224 exerts a downward force against the inactive (backside) surface of the substrate 213 disposed beneath it. A retaining ring 226 surrounds the substrate 213 to prevent the substrate 213 from slipping from the substrate carrier 204 when the polishing pad 212 moves underneath the substrate carrier. Typically, the substrate carrier 204 is configured to exert a downward force against the retaining ring 226 that is independent of the downward force exerted against the substrate 213 . In some embodiments, the substrate carrier 204 oscillates in the radial direction of the polishing platen, in part to reduce uneven wear of the polishing pad 212 disposed below the polishing platen.

전형적으로, 기판(213)은 유체 전달 암(206)에 의해 전달되는 하나 이상의 연마 유체의 존재 하에서 연마 패드(212)에 대하여 압박된다. 전형적인 연마 유체는 내부에 현탁된 연마 입자들을 갖는 수용액으로 형성된 슬러리를 포함한다. 종종, 연마 유체는, 기판(213)의 물질 표면을 변형시키고 따라서 화학적 기계적 연마를 가능하게 하는 데 사용되는 하나 이상의 화학적 활성 구성성분을 함유한다.Typically, substrate 213 is pressed against polishing pad 212 in the presence of one or more polishing fluids delivered by fluid delivery arm 206 . A typical abrasive fluid includes a slurry formed of an aqueous solution with abrasive particles suspended therein. Often, the polishing fluid contains one or more chemically active ingredients that are used to modify the material surface of the substrate 213 and thus enable chemical mechanical polishing.

패드 컨디셔너 조립체(208)(도 2c)는 기판(213)의 연마 전에, 연마 후에, 또는 연마 동안 연마 패드(212)의 표면에 대하여 컨디셔닝 디스크(228)를 압박함으로써 연마 패드(212)를 컨디셔닝하는 데 사용된다. 여기서, 패드 컨디셔너 조립체(208)는 컨디셔닝 디스크(228), 축(C)을 중심으로 컨디셔닝 디스크(228)를 회전시키기 위한 제1 액추에이터(230), 제1 액추에이터(230)를 제2 액추에이터(234)에 결합하는 컨디셔너 암(232), 회전 위치 센서(235), 제3 액추에이터(236) 및 변위 센서(238)를 포함한다. 제2 액추에이터(234)는, 컨디셔너 암(232)을 축(D)을 중심으로 스윙하고, 따라서, 회전 컨디셔닝 디스크(228)를 연마 패드(212)의 내측 반경과 외측 반경 사이에서 앞뒤로 스위핑하는 데 사용된다. 위치 센서(235)는 제2 액추에이터(234)에 결합되고, 컨디셔너 암(232)의 각도 위치를 결정하는 데 사용되며, 이는 차례로, 연마 패드(212) 위에서 컨디셔닝 디스크(228)가 스위핑될 때 연마 패드 상의 컨디셔닝 디스크(228)의 방사상 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 제3 액추에이터(236)는 컨디셔닝 디스크(228)가 연마 패드(212)에 대하여 압박될 때 컨디셔닝 디스크에 하향력을 가하는 데 사용된다. 여기서, 제3 액추에이터(236)는 제2 액추에이터(234)에 근접하고 컨디셔닝 디스크(228)로부터 원위에 있는 위치에서 암(232)의 단부에 결합된다.The pad conditioner assembly 208 (FIG. 2C) conditions the polishing pad 212 by pressing the conditioning disk 228 against the surface of the polishing pad 212 before, after, or during polishing of the substrate 213. used to Here, the pad conditioner assembly 208 includes a conditioning disk 228, a first actuator 230 for rotating the conditioning disk 228 about an axis C, and a second actuator 234 using the first actuator 230. ), a conditioner arm 232 coupled to a rotational position sensor 235, a third actuator 236 and a displacement sensor 238. The second actuator 234 is used to swing the conditioner arm 232 about axis D and thus sweep the rotary conditioning disk 228 back and forth between the inner and outer radii of the polishing pad 212. used A position sensor 235 is coupled to the second actuator 234 and is used to determine the angular position of the conditioner arm 232, which in turn is used to sweep the conditioning disk 228 over the polishing pad 212. It can be used to determine the radial position of the conditioning disk 228 on the pad. The third actuator 236 is used to apply a downward force to the conditioning disk 228 when it is pressed against the polishing pad 212 . Here, third actuator 236 is coupled to the end of arm 232 at a location proximal to second actuator 234 and distal from conditioning disk 228 .

전형적으로, 컨디셔닝 디스크(228)는, 컨디셔닝 디스크(228)가 연마 패드(212)에 대하여 압박될 때 컨디셔닝 디스크(228)가 연마 패드의 표면과 평행 관계를 유지하는 것을 허용하는 짐벌을 사용하여 제1 액추에이터(230)에 결합된다. 여기서, 컨디셔닝 디스크(228)는 고정된 연마재 컨디셔닝 표면, 예컨대, 금속 합금에 매립된 다이아몬드들을 포함하고, 연마 패드(212)의 표면을 연마하고 회생시키고, 그로부터 연마 부산물들 또는 다른 잔해물을 제거하는 데 사용된다. 전형적으로, 컨디셔닝 디스크(228)는 약 80 mm 내지 약 130 mm, 예컨대, 약 90 mm 내지 약 120 mm, 또는, 예를 들어, 약 108 mm(4.25 인치)의 직경을 갖는다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 디스크(228)의 직경은, 컨디셔닝 디스크(228)가 제2 구역(220b)에서의 연마 패드(212)의 컨디셔닝 동안 연마 패드(212)의 표면과의 접촉을 유지할 수 있도록 제2 구역(220b)의 폭(W)보다 작다.Typically, the conditioning disk 228 is controlled using a gimbal that allows the conditioning disk 228 to maintain a parallel relationship with the surface of the polishing pad 212 when the conditioning disk 228 is pressed against the polishing pad 212 . 1 is coupled to the actuator 230. Here, the conditioning disk 228 includes diamonds embedded in a fixed abrasive conditioning surface, eg, a metal alloy, and is used to polish and regenerate the surface of the polishing pad 212 and remove polishing byproducts or other debris therefrom. used Typically, the conditioning disk 228 has a diameter of about 80 mm to about 130 mm, such as about 90 mm to about 120 mm, or, for example, about 108 mm (4.25 inches). In some embodiments, the diameter of the conditioning disk 228 is such that the conditioning disk 228 maintains contact with the surface of the polishing pad 212 during conditioning of the polishing pad 212 in the second zone 220b. smaller than the width W of the second zone 220b so as to be

여기서, 변위 센서(238)는 센서(238)의 단부와 그 아래에 배치된 플래튼 몸체(214)의 금속성 표면 사이의 거리(Z(2))를 결정하기 위해 와전류들을 측정하는 유도성 센서이다. 변위 센서(238) 및 위치 센서(235)는, 제2 구역(220b)에서의 연마 패드(212)의 표면의 함몰된 거리(Z(3))를, 그에 인접한 제1 및 제3 구역(220a,c)에서의 연마 패드(212)의 표면들로부터 결정하는 데 조합하여 사용된다.Here, the displacement sensor 238 is an inductive sensor that measures eddy currents to determine the distance Z(2) between the end of the sensor 238 and the metallic surface of the platen body 214 disposed below it. . The displacement sensor 238 and the position sensor 235 determine the recessed distance Z(3) of the surface of the polishing pad 212 in the second zone 220b, and the first and third zones 220a adjacent thereto. , is used in combination to determine from the surfaces of the polishing pad 212 at c).

일부 실시예들에서, 패드 컨디셔너 조립체(208)는 제2 구역(220b)에서의 연마 패드(212)의 표면에 인접한 제1 및 제3 구역(220a,c)에서의 연마 패드(212)의 표면들에 대한 제2 구역에서의 연마 패드의 표면의 함몰된 관계를 유지하는 데 사용된다. 그러한 실시예들에서, 시스템 제어기(210)는 제2 구역(220b)에서의 컨디셔닝 디스크(228)에 대한 하향력 및/또는 컨디셔닝 디스크(228)의 체류 시간을 변화시키는 데 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 체류 시간은, 컨디셔닝 디스크(228)가 연마 패드(212)의 내측 반경으로부터 외측 반경까지 스위핑될 때 플래튼(202)이 그 아래에서 연마 패드(212)를 이동시키기 위해 회전할 때 컨디셔닝 디스크(228)가 방사상 위치에서 소비하는 시간의 평균 지속기간을 지칭한다. 예를 들어, 제2 구역(220b)에서의 연마 패드 표면 영역의 ㎠ 당 컨디셔닝 체류 시간은, 그에 인접한 제1 및/또는 제3 구역들(220a,c) 중 하나 또는 양쪽 모두에서의 연마 패드 표면 영역의 ㎠ 당 컨디셔닝 체류 시간에 비해 증가되거나 감소될 수 있다.In some embodiments, the pad conditioner assembly 208 is the surface of the polishing pad 212 in the first and third zones 220a,c adjacent to the surface of the polishing pad 212 in the second zone 220b. It is used to maintain a recessed relationship of the surface of the polishing pad in the second zone relative to the surface of the polishing pad. In such embodiments, the system controller 210 may be used to vary the down force on the conditioning disk 228 and/or the dwell time of the conditioning disk 228 in the second zone 220b. As used herein, dwell time refers to the time required for the platen 202 to move the polishing pad 212 under it as the conditioning disk 228 is swept from the inner radius to the outer radius of the polishing pad 212. Refers to the average duration of time the conditioning disk 228 spends in a radial position as it rotates. For example, the conditioning residence time per square centimeter of the surface area of the polishing pad in the second zone 220b is equal to the polishing pad surface in one or both of the adjacent first and/or third zones 220a,c. It can be increased or decreased relative to the conditioning residence time per square centimeter of area.

여기서, 패드 컨디셔닝 조립체(208)의 작동을 포함하는, 연마 시스템(200)의 작동은 시스템 제어기(210)(도 2a)에 의해 용이하게 된다. 시스템 제어기(210)는 메모리(242)(예를 들어, 비휘발성 메모리) 및 지원 회로들(244)과 함께 작동가능한 프로그램가능 중앙 처리 유닛(CPU(240))을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, CPU(240)는 다양한 연마 시스템 구성요소들 및 하위 프로세서들을 제어하기 위해서 산업 현장에서 사용되는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나, 예컨대, 프로그램가능 로직 제어기(PLC)일 수 있다. CPU(240)에 결합된 메모리(242)는 비일시적이며, 전형적으로, 쉽게 입수가능한 메모리, 예컨대, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장소 중 하나 이상이다. 지원 회로들(244)은 CPU(240)에 통상적으로 결합되고, 기판 연마 프로세스의 제어를 용이하게 하기 위해 연마 시스템(200)의 다양한 구성요소들에 결합된, 캐시, 클럭 회로들, 입력/출력 하위시스템들, 전력 공급부들 등, 및 이들의 조합들을 포함한다.Here, the operation of the polishing system 200, including the operation of the pad conditioning assembly 208, is facilitated by the system controller 210 (FIG. 2A). System controller 210 includes a programmable central processing unit (CPU 240 ) operable with memory 242 (eg, non-volatile memory) and support circuits 244 . For example, in some embodiments, CPU 240 is one of any type of general purpose computer processor used in the industry to control various polishing system components and sub-processors, such as a programmable logic controller ( PLC). Memory 242 coupled to CPU 240 is non-transitory and typically includes readily available memory such as random access memory (RAM), read only memory (ROM), a floppy disk drive, a hard disk, or any One or more of the other forms of local or remote digital storage. Support circuits 244 are cache, clock circuits, input/output, typically coupled to CPU 240 and coupled to various components of polishing system 200 to facilitate control of the substrate polishing process. subsystems, power supplies, etc., and combinations thereof.

본원에서, 메모리(242)는 CPU(240)에 의해 실행될 때 연마 시스템(200)의 작동을 용이하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예를 들어, 비휘발성 메모리)의 형태이다. 예시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체는: (i) 정보가 영구적으로 저장되는 기입 불가능한 저장 매체(예를 들어, 컴퓨터 내의 판독 전용 메모리 디바이스들, 예컨대, CD-ROM 드라이브에 의해 판독가능한 CD-ROM 디스크들, 플래시 메모리, ROM 칩들, 또는 임의의 유형의 고체 상태 비휘발성 반도체 메모리); 및 (ii) 변경가능한 정보가 저장되는 기입가능한 저장 매체(예를 들어, 디스켓 드라이브 내의 플로피 디스크들 또는 하드 디스크 드라이브 또는 임의의 유형의 고체 상태 랜덤 액세스 반도체 메모리)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 메모리(242)에 있는 명령어들은, 본 개시내용의 방법들을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품(예를 들어, 미들웨어 어플리케이션, 장비 소프트웨어 어플리케이션 등)의 형태로 되어 있다. 일부 실시예들에서, 본 개시내용은 컴퓨터 시스템과 함께 사용하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 저장된 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 따라서, 프로그램 제품의 프로그램(들)은 (본원에 설명된 방법들을 포함하는) 실시예들의 기능들을 정의한다.Memory 242 herein is in the form of a computer readable storage medium (eg, non-volatile memory) containing instructions that, when executed by CPU 240, facilitate the operation of polishing system 200. Exemplary computer-readable storage media include: (i) non-writable storage media on which information is permanently stored (eg, read-only memory devices within a computer, such as CD-ROM disks readable by a CD-ROM drive). , flash memory, ROM chips, or any type of solid state non-volatile semiconductor memory); and (ii) a writable storage medium (e.g., floppy disks in a diskette drive or hard disk drive or any type of solid state random access semiconductor memory) on which changeable information is stored. . Instructions in memory 242 are in the form of a program product (eg, middleware application, equipment software application, etc.) such as a program that implements methods of the present disclosure. In some embodiments, the present disclosure may be implemented as a program product stored on a non-transitory computer-readable storage medium for use with a computer system. Accordingly, the program(s) of the program product define the functions of the embodiments (including the methods described herein).

도 3a는 도 2a-2b의 연마 플래튼(202) 대신에 사용될 수 있는 연마 플래튼(302)의 부분의 개략적인 단면도이다. 여기서, 플래튼(302)은 플래튼 축(A) 주위에 형성된 복수의 동심 구역들(320a-c)을 포함하는 패드 장착 표면(318)을 갖는다. 복수의 동심 구역들(320a-c)은 원형(위에서 아래로 볼 때) 또는 환형 제1 구역(320a), 제1 구역(320a)을 에워싸는 환형 제2 구역(320b), 및 제2 구역(320b)으로부터 방사상 외측에 배치되고 제2 구역을 에워싸는 환형 제3 구역(320c)을 포함한다. 플래튼(302)은 위에서 설명된 플래튼(202)의 특징들 중 임의의 것 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.3A is a schematic cross-sectional view of a portion of an abrasive platen 302 that may be used in place of the abrasive platen 202 of FIGS. 2A-2B. Here, the platen 302 has a pad mounting surface 318 that includes a plurality of concentric zones 320a-c formed about the platen axis A. The plurality of concentric regions 320a-c include a circular (when viewed from top to bottom) or an annular first region 320a, an annular second region 320b surrounding the first region 320a, and a second region 320b. ) and an annular third zone 320c surrounding the second zone. Platen 302 may include any or combination of the features of platen 202 described above.

여기서, 제3 구역(320c)에서의 패드 장착 표면(318)은 제2 구역(320b)에서의 패드 장착 표면(318)과의 교차점으로부터 플래튼(302)의 둘레 에지까지 또는 그에 근접한 위치까지 상향으로 경사진다. 예를 들어, 300 mm 직경의 기판을 위한 크기의 플래튼 몸체(314)의 경우, 환형 제3 구역(320b)은 약 250 mm 내지 약 355 mm, 예컨대, 약 280 내지 약 330 mm의 내측 반경을 가질 수 있다. 전형적으로, 그러한 실시예들에서, 제3 구역(320c)에서의 패드 장착 표면(318)은 평면(P)으로부터, 제2 구역(320b)에서의 패드 장착 표면의 리세스(Z(1))보다 약 2/3X 이하, 예컨대, 약 1/2X 이하인 평균 거리(Z(평균))만큼 함몰된다. 여기서, 평면(P)은 제1 및 제3 구역들의 패드 장착 표면들의 적어도 부분들에 의해 한정되고, 회전 축(A)에 직교로 배치된다.Here, the pad mounting surface 318 in the third zone 320c rises from its intersection with the pad mounting surface 318 in the second zone 320b to a position at or proximate to the circumferential edge of the platen 302. inclined to For example, for a platen body 314 sized for a 300 mm diameter substrate, the annular third zone 320b has an inner radius of about 250 mm to about 355 mm, such as about 280 to about 330 mm. can have Typically, in such embodiments, the pad mounting surface 318 in the third zone 320c is formed from the plane P by a recess Z(1) of the pad mounting surface in the second zone 320b. It is depressed by an average distance (Z(average)) that is about 2/3X or less, such as about 1/2X or less. Here, plane P is defined by at least parts of the pad mounting surfaces of the first and third zones and is arranged orthogonally to the axis of rotation A.

도 4는 도 2a-2c에 설명된 연마 시스템(200)을 사용하여 수행될 수 있는, 일 실시예에 따른, 기판을 연마하는 방법(400)을 예시하는 도면이다. 활동(402)에서, 방법(400)은 기판을 연마 패드의 표면에 대하여 압박하는 단계를 포함한다. 여기서, 연마 패드는 연마 플래튼의 패드 장착 표면 상에 배치되고 그에 고정된다. 패드 장착 표면은 복수의 연마 구역들, 예컨대, 원형 또는 환형 형상을 갖는 제1 구역, 제1 구역에 인접하여 배치되고 제1 구역을 에워싸는 제2 구역, 및 제2 구역에 인접하여 배치되고 제2 구역을 에워싸는 제3 구역을 포함한다. 여기서, 제2 구역에서의 표면은 그에 인접한 제1 및 제3 구역들의 표면들로부터 함몰되고, 제2 구역의 폭은 기판의 직경보다 작다. 활동(404)에서, 방법은 기판을 연마 패드의 내측 반경과 외측 반경 사이에서 진동시키는 단계를 선택적으로 포함한다.FIG. 4 is a diagram illustrating a method 400 of polishing a substrate, according to one embodiment, which may be performed using the polishing system 200 described in FIGS. 2A-2C . At activity 402 , method 400 includes pressing the substrate against the surface of the polishing pad. Here, the polishing pad is placed on and secured to the pad mounting surface of the polishing platen. The pad mounting surface comprises a plurality of abrasive zones, e.g., a first zone having a circular or annular shape, a second zone disposed adjacent to and surrounding the first zone, and a second zone disposed adjacent to and surrounding the second zone. and a third zone enclosing the zone. Here, the surface in the second zone is recessed from the surfaces of the first and third zones adjacent thereto, and the width of the second zone is smaller than the diameter of the substrate. At activity 404, the method optionally includes vibrating the substrate between an inner radius and an outer radius of the polishing pad.

일부 실시예들에서, 방법(400)은, 활동(406)에서, 연마 패드의 표면에 컨디셔닝 디스크를 압박하는 단계, 활동(408)에서, 연마 플래튼에 대한 컨디셔닝 디스크의 방사상 위치를 결정하는 단계, 및 활동(410)에서, 복수의 연마 구역들 각각에서의 연마 패드의 두께를 결정하기 위해, 변위 센서로부터의 측정치 및 컨디셔닝 디스크의 결정된 방사상 위치를 사용하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 방법(400)은, 활동(412)에서, 복수의 연마 구역들 중 하나 이상에서의 연마 패드의 결정된 두께에 기초하여 그에서의 컨디셔닝 하향력 또는 컨디셔닝 체류 시간을 변화시키는 단계를 더 포함한다.In some embodiments, method 400 includes, at activity 406, pressing the conditioning disk against the surface of the polishing pad, and at activity 408, determining a radial position of the conditioning disk relative to the polishing platen. , and in activity 410, using the determined radial position of the conditioning disk and the measurements from the displacement sensor to determine the thickness of the polishing pad in each of the plurality of polishing zones. In some embodiments, method 400 includes, in activity 412, varying a conditioning downforce or conditioning dwell time in one or more of the plurality of polishing zones based on the determined thickness of the polishing pad therein. more includes

유익하게, 방법(400)은, 연마 계면의 선단 에지 및 후단 에지에서의 패드 반동 효과를 실질적으로 감소시키고 연마 계면에 걸친 불균일한 연마 유체 두께 분배를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 따라서, 방법(400)은 바람직하지 않은 "고속 에지" 또는 "저속 에지" 물질 제거 속도 프로파일들을 실질적으로 제거하거나 감소시키는 데 사용될 수 있다.Beneficially, method 400 can be used to substantially reduce the effect of pad kickback at the leading and trailing edges of the polishing interface and to reduce non-uniform polishing fluid thickness distribution across the polishing interface. Thus, method 400 can be used to substantially eliminate or reduce undesirable “fast edge” or “slow edge” material removal rate profiles.

전술한 내용은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 그의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그의 범위는 후속하는 청구항들에 의해 결정된다.While the foregoing relates to embodiments of the present disclosure, other and additional embodiments of the present disclosure may be devised without departing from its basic scope, which scope is determined by the claims that follow.

Claims

As a polishing system,
a substrate carrier comprising an annular retaining ring configured to surround a substrate to be processed during a polishing process; and
A rotatable polishing platen comprising a cylindrical metal body having a pad mounting surface.
including,
the pad mounting surface includes a plurality of abrasive zones including a first zone having a circular or annular shape, a second zone surrounding the first zone, and a third zone surrounding the second zone;
at least portions of the pad mounting surfaces of the first zone and the third zone define a plane;
the plane is orthogonal to the axis of rotation of the polishing platen;
the pad mounting surface in the second zone is recessed from the plane;
and wherein the width of the second zone is less than an outer diameter of the annular retaining ring.

According to claim 1,
and wherein the pad mounting surface in the third zone slopes upward from an intersection with the pad mounting surface in the second zone to a radius disposed radially outward from the pad mounting surface.

According to claim 1,
and wherein at least a portion of the pad mounting surface in the second zone is recessed from the plane by a distance of at least about 20 μm.

According to claim 1,
a pad conditioner assembly comprising a conditioner arm for sweeping a conditioning disk across a surface of a polishing pad disposed on the polishing platen, wherein the conditioning disk has a diameter less than a width of the second zone; The polishing system of claim 1 , wherein the pad conditioner assembly further includes a sensor coupled to the conditioner arm, the sensor configured to determine a distance between the conditioning arm and a surface of the polishing platen disposed thereunder.

According to claim 4,
Further comprising a non-transitory computer readable medium having stored thereon instructions for performing a method of processing a substrate when executed by a processor, the method comprising:
pressing a substrate against a surface of a polishing pad, the polishing pad being disposed on the pad mounting surface of the polishing platen;
pressing the conditioning disk against the surface of the polishing pad;
determining a radial position of the conditioning disk relative to the abrasive platen;
determining a thickness of the polishing pad in each of the plurality of zones using the sensor and the radial position of the conditioning disk; and
varying one or both of conditioning downforce or conditioning dwell time in one or more of the plurality of abrasive zones based on the determined thickness of the polishing pad in one or more of the plurality of abrasive zones. Including, the polishing system.

According to claim 5,
The method comprises the method such that the conditioning residence time per cm 2 of the polishing pad surface area in the second zone is greater than the conditioning residence time per cm 2 of the polishing pad surface area in either the first zone or the third zone. Varying the conditioning residence time.

As a method of polishing a substrate,
Using a substrate carrier, pressing the substrate against a surface of a polishing pad, the polishing pad being disposed on a pad mounting surface of a polishing platen.
including,
the pad mounting surface includes a plurality of abrasive zones including a first zone having a circular or annular shape, a second zone surrounding the first zone, and a third zone surrounding the second zone;
at least portions of the pad mounting surfaces of the first zone and the third zone define a plane;
the plane is orthogonal to the axis of rotation of the polishing platen;
wherein the pad mounting surface in the second zone is recessed from the plane.

According to claim 7,
wherein the pad mounting surface in the third zone slopes upward from an intersection with the pad mounting surface in the second zone to a radius disposed radially outward from the pad mounting surface.

According to claim 7,
pressing a conditioning disk against the surface of the polishing pad;
determining a radial position of the conditioning disk relative to the abrasive platen;
determining a thickness of the polishing pad at each of the plurality of polishing zones using a sensor and a radial position of the conditioning disk; and
varying one or both of conditioning downforce or conditioning dwell time in one or more of the plurality of abrasive zones based on the determined thickness of the polishing pad in one or more of the plurality of abrasive zones. More inclusive, how.

According to claim 9,
The method of claim 1 , wherein the conditioning disk has a diameter less than a width of the second zone.

According to claim 10,
the conditioning disk is pressed against the polishing pad using a pad conditioner assembly, the pad conditioner assembly comprising a conditioner arm for sweeping the conditioning disk across the surface of the polishing pad;
the sensor is coupled to the conditioning arm;
wherein the sensor is configured to determine a distance between the conditioning arm and a surface of the polishing platen disposed below the conditioning arm.

According to claim 11,
wherein the conditioning dwell time per cm 2 of polishing pad surface area in the second zone is greater than the conditioning dwell time per cm 2 of polishing pad surface area in either the first zone or the third zone.

According to claim 7,
the substrate carrier includes an annular retaining ring surrounding the substrate;
wherein the width of the second zone is less than an outer diameter of the annular retaining ring.

According to claim 13,
wherein at least a portion of the pad mounting surface in the second zone is recessed from the plane by a distance of at least about 20 μm.

As an abrasive platen,
Cylindrical metal body with pad mounting surface
including,
the pad mounting surface includes a plurality of abrasive zones including a first zone having a circular or annular shape, a second zone surrounding the first zone, and a third zone surrounding the second zone;
at least portions of the pad mounting surfaces of the first zone and the third zone define a plane;
the plane is orthogonal to the axis of rotation of the polishing platen;
and wherein the pad mounting surface in the second zone is recessed from the plane.

According to claim 15,
and wherein the pad mounting surface in the third zone slopes upward from an intersection with the pad mounting surface in the second zone to a radius disposed radially outward from the pad mounting surface.

According to claim 16,
and wherein at least a portion of the pad mounting surface in the second zone is recessed from the plane by a distance of at least about 20 μm.

According to claim 17,
wherein the pad mounting surface comprises a coating of a fluorine-containing polymeric material, and wherein the recessed surface of the second zone is at least partially formed in the polymeric material.

According to claim 17,
wherein the recessed surface of the second zone is at least partially formed in the cylindrical metal body, and wherein the pad mounting surface comprises a coating of a fluorine-containing polymeric material disposed on the cylindrical metal body.

According to claim 15,
the inner radius of the second zone is greater than about 0.15X the radius of the pad mounting surface;
an outer radius of the second zone is less than about 0.85X the radius of the pad mounting surface;
wherein the width of the second zone is at least about 0.15X the radius of the pad mounting surface.